（大学课件）超声学-超声多普勒诊断与成像.ppt

1、第七章第七章 超声多普勒诊断与成像超声多普勒诊断与成像n超声多普勒效应超声多普勒效应n多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用n超声血流检测的物理学基础超声血流检测的物理学基础nD D型超声成像诊断仪及其应用范围和型超声成像诊断仪及其应用范围和特点（超声多普勒血流成像仪、能量特点（超声多普勒血流成像仪、能量多普勒血流成像）多普勒血流成像）主主要要内内容容n血流成像的发展血流成像的发展q连续波超声血流成像连续波超声血流成像q脉冲波超声血流成像脉冲波超声血流成像q多通道脉冲波超声血流成像多通道脉冲波超声血流成像q超声多普勒血流成像超声多普勒血流成像一、多普勒效应一、多普勒效

2、应n18421842年奥地利物理学家多普勒（年奥地利物理学家多普勒（DopplerDoppler）发）发现并研究了声波的现并研究了声波的“频移频移”现象，后被命名现象，后被命名为为“多普勒效应多普勒效应”。 n多普勒效应是指波源将某一频率多普勒效应是指波源将某一频率f f的波以一种的波以一种固定的传播速度向外辐射时固定的传播速度向外辐射时, ,如果波源与接收如果波源与接收系统产生系统产生相对运动相对运动，则所接收到的波的频率，则所接收到的波的频率ff会发生变化（即频移），即两个频率的差会发生变化（即频移），即两个频率的差值：值： f = f f多普勒效应多普勒效应超声多普勒效应超声多普勒效应n

3、超声如同声音一样，以确定的速度通过介超声如同声音一样，以确定的速度通过介质，当遇到两种不同介质的分界面时就能质，当遇到两种不同介质的分界面时就能发生反射和折射。发生反射和折射。n当反射边界固定不变时，反射波的频率等当反射边界固定不变时，反射波的频率等于入射波的频率；于入射波的频率；n但当反射边界朝向声源移动时，反射超声但当反射边界朝向声源移动时，反射超声波的波长就被压缩，反之被拉伸。波的波长就被压缩，反之被拉伸。超声多普勒效应超声多普勒效应n由于超声波在传输介质中的速度是恒定的；由于超声波在传输介质中的速度是恒定的；n因此根据公式因此根据公式c=c=f f，超声波波长的变化，超声波波长的变化导

4、致了频率的移动，此现象被称为导致了频率的移动，此现象被称为超声多超声多普勒效应普勒效应。二、多普勒原理在超声医学诊断中的应用二、多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n大多数应用运动结构反射回来的超声波束，大多数应用运动结构反射回来的超声波束，检测出其中的多普勒频移，作为探查目标检测出其中的多普勒频移，作为探查目标的运动速度信息，然后通过监听、用仪器的运动速度信息，然后通过监听、用仪器去分析、用图像去显示或者用影像去显现去分析、用图像去显示或者用影像去显现人体内部器官的运动状态。人体内部器官的运动状态。 多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n临床上，当声源或发射界面移

5、动时，所发临床上，当声源或发射界面移动时，所发射或散射的超声，可认为是微小的声源；射或散射的超声，可认为是微小的声源；n当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声频将发生改变，这种频移可指示血射的声频将发生改变，这种频移可指示血流的方向和速度；流的方向和速度；n如红细胞朝向探头，发射的声频将提高；如红细胞朝向探头，发射的声频将提高；反之，声频降低；反之，声频降低；多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n当通过大血管时，若血流正常，红细胞平当通过大血管时，若血流正常，红细胞平移，邻近的红细胞血流方向相同且速度相移，邻近的红细胞血流方

6、向相同且速度相近；近；n由这些移动的红细胞产生的由这些移动的红细胞产生的DopplerDoppler频率，频率，符号相同，均为正或均为负，即具有相当符号相同，均为正或均为负，即具有相当一致的特性，一致的特性，“音调音调”平稳，称为层流。平稳，称为层流。 多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n由于左右分流或瓣膜疾病，致使心内血流由于左右分流或瓣膜疾病，致使心内血流受到干扰，各个红细胞的移动不平行；受到干扰，各个红细胞的移动不平行；n在受干扰的血流区各个红细胞以不同的方在受干扰的血流区各个红细胞以不同的方向和速度移动，所产生的向和速度移动，所产生的DopplerDop

7、pler频移正频移正负兼有，且频移波动范围很大，出现频谱负兼有，且频移波动范围很大，出现频谱较宽、音调粗糙，称为湍流。较宽、音调粗糙，称为湍流。 多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n声源与发射界面或散射体之间存在相对声源与发射界面或散射体之间存在相对运动时，接收到的声波信号频率与入射运动时，接收到的声波信号频率与入射声波频率就存在差别；声波频率就存在差别；n频移的幅度与相对运动速度成正比。频移的幅度与相对运动速度成正比。 n频率偏移的大小：频率偏移的大小：CfVfcos2n从式中可以看到，多普勒频偏与物体运动从式中可以看到，多普勒频偏与物体运动的速度成正比的速度

8、成正比n当超声发射体当超声发射体(探头探头)和反射体之间有相对和反射体之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移。距离变近则频率增加，的变化称之为频移。距离变近则频率增加，距离变远则频率减少。距离变远则频率减少。n检测出多普勒频偏，就能够得出运动器官检测出多普勒频偏，就能够得出运动器官或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的正负可以反映出运动的方向。正负可以反映出运动的方向。多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n优

9、点：优点：q安全、无创、直观安全、无创、直观q可实时成像、可重复检查可实时成像、可重复检查q能实时提供组织和检测目标的运动信息能实时提供组织和检测目标的运动信息q可提供血流动力学信息可提供血流动力学信息n人体血管血流形态图人体血管血流形态图n流速、流动稳定性流速、流动稳定性 多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用 n缺点：缺点：q不能实现对血流运动状况的无偏估计不能实现对血流运动状况的无偏估计q无法保证估计的可信度和速度分辨力无法保证估计的可信度和速度分辨力q接收频谱受多种展宽、畸变和模糊因素接收频谱受多种展宽、畸变和模糊因素的影响的影响q运动信息提取的的准确性易受影

10、响运动信息提取的的准确性易受影响n应用的种类：应用的种类：q多普勒超声听诊法多普勒超声听诊法q多普勒超声频谱诊断法与彩色多普勒多普勒超声频谱诊断法与彩色多普勒超声超声q经颅多普勒越声诊断法及彩色三维经经颅多普勒越声诊断法及彩色三维经颅多普勒超声诊断法颅多普勒超声诊断法q彩色多普勒血流成像法彩色多普勒血流成像法q彩色多普勒能量图法彩色多普勒能量图法多普勒原理在超声医学诊断中的应用多普勒原理在超声医学诊断中的应用n彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图流信号

11、经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。n由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既具有二维超声结构图像的优点，又同时提具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，实际应用受供了血流动力学的丰富信息，实际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影非创伤性血管造影”。n主要优点：主要优点：q能快速直观显示血流的二维平面分布状态。能快速直观显示血流的二维平面分布状态。q可显示血流的运行方向。可显示血流的运行方向。q有利于辨别动脉和静脉。

12、有利于辨别动脉和静脉。q有利于识别血管病变和非血管病变。有利于识别血管病变和非血管病变。q有利于了解血流的性质。有利于了解血流的性质。q能方便了解血流的时相和速度。能方便了解血流的时相和速度。q能可靠地发现分流和返流。能可靠地发现分流和返流。q能对血流束的起源、宽度、长度、面积进行能对血流束的起源、宽度、长度、面积进行定量分析。定量分析。三、超声血流检测的物理学基础三、超声血流检测的物理学基础n血液的超声散射主要是由红细胞产生的。血液的超声散射主要是由红细胞产生的。n超声散射回波取决于血液的流场、入射超声散射回波取决于血液的流场、入射波的类型、各散射子之间相干的结果所波的类型、各散射子之间相干

13、的结果所产生的产生的“净净”贡献。贡献。超声血流检测的物理学基础超声血流检测的物理学基础n散射子模型包括（见表散射子模型包括（见表7.17.1）：）：q分立散射子模型分立散射子模型q连续介质模型连续介质模型q混合（混合（HybirdHybird）模型）模型超声血流检测的物理学基础超声血流检测的物理学基础n血细胞对超声波的散射是超声血流检测的血细胞对超声波的散射是超声血流检测的物理学基础：物理学基础：q通过检测散射信号的多普勒频偏，或跟通过检测散射信号的多普勒频偏，或跟踪回波信号的时延或相位变化；踪回波信号的时延或相位变化；q实现血流信号的超声检测。实现血流信号的超声检测。q超声血流信号检测分为

14、：超声血流信号检测分为：n多普勒方法多普勒方法n非多普勒方法非多普勒方法四、四、D D型超声成像诊断仪型超声成像诊断仪nD D型超声成像诊断仪型超声成像诊断仪（ Doppler Ultrasound），），也即超声多普勒诊断仪也即超声多普勒诊断仪n分为：分为：q连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)q脉冲式脉冲式q实时二维彩色实时二维彩色 1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD) q探头中的一个换能器发射出某一频率探头中的一个换能器发射出某一频率的连续超声波信号，当声波遇到运动的连续超声波信号，当声波遇到运动目标血流中的红细胞群，则反射回来目标血流中的红细胞群，则反射回来的信

15、号已是变化了频率的超声波。的信号已是变化了频率的超声波。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD) q混频、解调混频、解调 q声音、波形或血流图声音、波形或血流图n多普勒频谱多普勒频谱q频谱处理中，波束成形数字信号经过频谱处理中，波束成形数字信号经过数字滤波，并通过正交本振信号数字滤波，并通过正交本振信号(L(LO O，频率为发射频率频率为发射频率) )混频至基带信号，然混频至基带信号，然后以发射脉冲重复频率后以发射脉冲重复频率(PRF)(PRF)进行采样。进行采样。q利用复杂的快速傅里叶变换利用复杂的快速傅里叶变换(FFT)(FFT)获得获得多普勒频谱，以重现接收信号的速度多普勒频

16、谱，以重现接收信号的速度信息。信息。n多普勒频谱多普勒频谱qFFTFFT输出的每个二进制信号幅度经过计输出的每个二进制信号幅度经过计算和压缩，使其达到显示图像所要求算和压缩，使其达到显示图像所要求的动态范围。最终信号幅度作为时间的动态范围。最终信号幅度作为时间函数，显示在超声设备的显示屏上。函数，显示在超声设备的显示屏上。q在连续波多普勒在连续波多普勒(CWD)(CWD)成像系统中，信成像系统中，信号处理的过程基本相同。号处理的过程基本相同。n多普勒频谱多普勒频谱q除了处理这些显示信号外，频谱处理除了处理这些显示信号外，频谱处理器还产生左、右声道的立体声音频信器还产生左、右声道的立体声音频信号

17、，表示正向和负向运动。号，表示正向和负向运动。qDACDAC对这些信号进行转换，驱动外部扬对这些信号进行转换，驱动外部扬声器和耳机。声器和耳机。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)n多数的心脏检查和一些通用的超声成像多数的心脏检查和一些通用的超声成像系统中，常常使用连续波多普勒系统中，常常使用连续波多普勒CWDCWD以确以确保精确测量心脏内高速流动的血液。保精确测量心脏内高速流动的血液。nCWDCWD模式下，超声传感器单元以传感器孔模式下，超声传感器单元以传感器孔径为中心分割成对等的两部分。一半单径为中心分割成对等的两部分。一半单元用于发射，产生元用于发射，产生CWDCWD聚焦

18、波束；另一半聚焦波束；另一半单元用于接收，产生聚焦的接收波束。单元用于接收，产生聚焦的接收波束。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)n发射单元的驱动波形为多普勒频率的方波，发射单元的驱动波形为多普勒频率的方波，频率范围通常为频率范围通常为1MHz1MHz至至7.5MHz7.5MHz。n发射波形的抖动必须足够小，以防止相位发射波形的抖动必须足够小，以防止相位噪声对多普勒频移检测的影响。噪声对多普勒频移检测的影响。n通过正确调整发射波形的相位，实现发射通过正确调整发射波形的相位，实现发射波束聚焦。波束聚焦。n类似地，通过正确调整接收波形的相位并类似地，通过正确调整接收波形的相位并进

19、行叠加，实现进行叠加，实现CWDCWD接收信号聚焦。接收信号聚焦。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)n在此模式下，发射和接收同时进行，有用在此模式下，发射和接收同时进行，有用的多普勒信号频率和不移动的人体组织在的多普勒信号频率和不移动的人体组织在发射基波频率下产生的强反射信号的频率发射基波频率下产生的强反射信号的频率相差只有几相差只有几kHzkHz。n处理如此大的信号所需要的动态范围已经处理如此大的信号所需要的动态范围已经超出了图像接收通道超出了图像接收通道VGAVGA、AAFAAF和和1212位位ADCADC可以承受的范围。因此，可以承受的范围。因此，CWDCWD必须使用其

20、必须使用其它高动态范围接收解决方案。它高动态范围接收解决方案。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)nCWDCWD接收机通常使用两种方法处理接收机通常使用两种方法处理CWDCWD信号。信号。q第一种方法是高性能超声系统在第一种方法是高性能超声系统在LNALNA输出输出端提取接收到的端提取接收到的CWDCWD信号。信号。q本振频率等于发送频率的混频器对信号进本振频率等于发送频率的混频器对信号进行波束成形，再混频至基带进行处理。行波束成形，再混频至基带进行处理。qI/QI/Q本振信号可以逐通道调整相位，对接本振信号可以逐通道调整相位，对接收到的收到的CWDCWD信号相位进行偏移。混频

21、器输信号相位进行偏移。混频器输出相叠加，经带通滤波器，最后进入出相叠加，经带通滤波器，最后进入ADCADC进行采样。进行采样。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)nCWDCWD接收机通常使用两种方法处理接收机通常使用两种方法处理CWDCWD信号。信号。q采样得到的基带波束信号处于音频范围采样得到的基带波束信号处于音频范围(100Hz至至50kHz)，采用工作在音频频率，采用工作在音频频率范围的范围的ADCADC对对I I和和Q Q的的CWDCWD信号进行数字化。信号进行数字化。q这些这些ADCADC需要出色的动态范围，以便处需要出色的动态范围，以便处理运动组织产生的较大的低频多

22、普勒信理运动组织产生的较大的低频多普勒信号和血液产生的微弱信号。号和血液产生的微弱信号。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)nCWDCWD接收机通常使用两种方法处理接收机通常使用两种方法处理CWDCWD信号。信号。q另一种方法是使用延迟线接收另一种方法是使用延迟线接收CWDCWD信号，信号，该方法常用于低成本设备。该方法常用于低成本设备。q在此方法中，信号还是从在此方法中，信号还是从LNALNA输出提取，输出提取，然后转化成电流信号。然后转化成电流信号。q通过一个交叉开关对相同相位的通道进通过一个交叉开关对相同相位的通道进行叠加，产生行叠加，产生8 8至至1616路独立输出，具

23、体路独立输出，具体由接收波束成形器决定。由接收波束成形器决定。1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)nCWDCWD接收机通常使用两种方法处理接收机通常使用两种方法处理CWDCWD信号。信号。q延迟线产生延迟，并将这些信号求和构延迟线产生延迟，并将这些信号求和构成一路波束成形成一路波束成形RFRF信号；信号；q然后利用一个本振频率等于发送频率的然后利用一个本振频率等于发送频率的I/QI/Q混频器将信号混频至基带；混频器将信号混频至基带；q然后将基带音频信号滤波后，转换至数然后将基带音频信号滤波后，转换至数字形式。字形式。n超声多普勒胎心率监护仪和超声多普勒血流仪超声多普勒胎心率监护

24、仪和超声多普勒血流仪的设计原理。的设计原理。n其中超声波发射可分为连续波和脉冲波两种。其中超声波发射可分为连续波和脉冲波两种。n用连续多普勒仪器构成的血管二维扫描基本上用连续多普勒仪器构成的血管二维扫描基本上是一个平面图，它代表血管在皮肤上的投影。是一个平面图，它代表血管在皮肤上的投影。 1 1、连续波多普勒连续波多普勒(CWD)(CWD)n优点：优点：q灵敏度高、速度分辨能力强，很高的血流灵敏度高、速度分辨能力强，很高的血流速度它都可以检测出来，且不受深度限制。速度它都可以检测出来，且不受深度限制。n缺点：缺点：q所有的运动目标都产生了多普勒信号并混所有的运动目标都产生了多普勒信号并混叠在一

25、起，因而无法辨识信息产生的确切叠在一起，因而无法辨识信息产生的确切部位，所以它没有距离（深度）的信息，部位，所以它没有距离（深度）的信息，无轴向距离分辨力。无轴向距离分辨力。D D型超声成像诊断仪型超声成像诊断仪2 2、脉冲式、脉冲式n随着脉冲多普勒技术、方向性探测、频随着脉冲多普勒技术、方向性探测、频谱处理和计算机编码技术的应用及发展，谱处理和计算机编码技术的应用及发展，超声多普勒诊断仪不仅能够对距离进行超声多普勒诊断仪不仅能够对距离进行分辨，又能判定血流的方向和速度。分辨，又能判定血流的方向和速度。D D型超声成像诊断仪型超声成像诊断仪n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪 1

26、 1单元构成与工作原理单元构成与工作原理n主控制单元、发射单元、探头单元及接主控制单元、发射单元、探头单元及接收处理单元中的多普勒信号处理通道和收处理单元中的多普勒信号处理通道和B(M) 型辉度调制处理通道组成。型辉度调制处理通道组成。 n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工作原理、单元构成与工作原理n主控制单元是以中央微处理器、超声频主控制单元是以中央微处理器、超声频率振荡发生器为核心的中枢机构；率振荡发生器为核心的中枢机构；n可以改变振荡器发生的频率可以改变振荡器发生的频率f f，控制发射，控制发射单元中脉冲形成的周期（或脉冲重复频单元中脉冲形成的周期（或脉

27、冲重复频率率 FPRFPR），协调探头的收、发工作状态），协调探头的收、发工作状态以及启、闭接收电路中的距离选通门。以及启、闭接收电路中的距离选通门。n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工作原理、单元构成与工作原理n振荡器产生的超声波频率信号分为两路：振荡器产生的超声波频率信号分为两路：q一路送至发射电路中的门控电路，供一路送至发射电路中的门控电路，供其调制成脉冲信号送出；其调制成脉冲信号送出；q另一路传至接收电路中作为原始信号另一路传至接收电路中作为原始信号的相位参考标准。的相位参考标准。 n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工

28、作原理、单元构成与工作原理n发射单元中的脉冲波源采自振荡器送来的发射单元中的脉冲波源采自振荡器送来的超声频率超声频率(f)(f)信号。信号。n门控电路执行主控电路的命令，将连续波门控电路执行主控电路的命令，将连续波 f f截取成重复频率为截取成重复频率为FPRFPR的脉冲段（也可按的脉冲段（也可按主控器的程序，调成其他频率或其他函数主控器的程序，调成其他频率或其他函数形式的波形），送至发射驱动器、探头等形式的波形），送至发射驱动器、探头等转换成超声波发射。转换成超声波发射。 n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工作原理、单元构成与工作原理n接收单元中有接收单元中

29、有2 2路通道：路通道：q一路将回声信号按一路将回声信号按B B型（辉度调制型）型（辉度调制型）即时显示出断面影像；即时显示出断面影像；q另一路则主要处理回声中的多普勒频移另一路则主要处理回声中的多普勒频移信号，最终以声音或图形的信号显示出信号，最终以声音或图形的信号显示出来。来。 n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工作原理、单元构成与工作原理n发射和接收信号由探头中的同一块晶体发射和接收信号由探头中的同一块晶体完成。完成。n发射脉冲的宽度只有发射脉冲的宽度只有1 12 s 2 s 。n换能器在发射完第换能器在发射完第1 1个脉冲后即处于接收个脉冲后即处于接收

30、状态，回声转换成一系列电脉冲信号。状态，回声转换成一系列电脉冲信号。n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪1 1、单元构成与工作原理、单元构成与工作原理n工作过程与工作过程与B B型诊断仪的收发过程一致，型诊断仪的收发过程一致，因而它可以和因而它可以和B B型显示通道共用一个探头；型显示通道共用一个探头；n同时完成同时完成B B型断层成像和型断层成像和D D型信号显示。型信号显示。 2 2、探测距离的选通、探测距离的选通q为了获得人体内部所需探测目标的回声为了获得人体内部所需探测目标的回声信息，就必须采用距离（或深度）选通信息，就必须采用距离（或深度）选通接收门控制器。接收门控制器

31、。q平均声速平均声速q发射出脉冲信号的前沿为起始时刻发射出脉冲信号的前沿为起始时刻(t(t0 0) )q距离选通门的开启时刻为距离选通门的开启时刻为t t0 0，关闭时刻，关闭时刻为为t t1 1，则：，则： 2/ )(01ttcd2 2、探测距离的选通、探测距离的选通n如果改变如果改变“距离选通门距离选通门”的关闭时间的关闭时间t t2 2，又可控制接收信号的长度，即又可控制接收信号的长度，即=t=t2 2-t-t1 1的的时间长短。时间长短。n在脉冲式超声诊断中把（在脉冲式超声诊断中把（t t1 1-t-t0 0）对应的）对应的距离称作取样深度；而把（距离称作取样深度；而把（t t2 2-

32、t-t1 1）对应）对应的距离称作容积长度。的距离称作容积长度。 3 3运动目标的方向性探测和频谱分析运动目标的方向性探测和频谱分析n运动目标的单一方向性探测可以比较容运动目标的单一方向性探测可以比较容易地运用频移量：易地运用频移量：n其取值的正负来判定。其取值的正负来判定。n但有时情况并非尽然如此。但有时情况并非尽然如此。fff/3 3运动目标的方向性探测和频谱分析运动目标的方向性探测和频谱分析q如血管内红细胞的方向、速度并不总是如血管内红细胞的方向、速度并不总是相同，在某些部位会存在湍流或反流现相同，在某些部位会存在湍流或反流现象，此时多普勒信号也不是单一的频率，象，此时多普勒信号也不是单

33、一的频率，从而具有一定的频带宽度；从而具有一定的频带宽度；q这样就必须把这一信号的频率上、下边这样就必须把这一信号的频率上、下边带分离开来，通常可以采用单边带直接带分离开来，通常可以采用单边带直接分离、正交相位探测等方法。分离、正交相位探测等方法。3 3运动目标的方向性探测和频谱分析运动目标的方向性探测和频谱分析n如果需要对一定频带宽度的频谱作出比较如果需要对一定频带宽度的频谱作出比较精确的定量分析时，则应该采用实时频谱精确的定量分析时，则应该采用实时频谱分析方法。分析方法。n使用这一方法在多普勒信号中分离和鉴别使用这一方法在多普勒信号中分离和鉴别出许多频率并作出处理。出许多频率并作出处理。3

34、 3运动目标的方向性探测和频谱分析运动目标的方向性探测和频谱分析11sinsin22AffrrVAtAt 11coscos22BffrrVAA tAtsinABffVVAt sinABrrVVAtn 相域处理的效果相域处理的效果好坏，取决于带宽好坏，取决于带宽相移网络质量的好相移网络质量的好坏。坏。 n脉冲波式超声多普勒成像仪脉冲波式超声多普勒成像仪q另外，由于超声另外，由于超声B B型成像显示的配合使型成像显示的配合使用，脉冲式多普勒诊断仪还可以在用，脉冲式多普勒诊断仪还可以在B B型型影像上显示出多普勒声束线和目标运影像上显示出多普勒声束线和目标运动方向上的夹角动方向上的夹角，于是根据：，

35、于是根据：q可得出目标的运动速度可得出目标的运动速度)cos2/(fcfv4.4.脉冲多普勒方法对探测深度和速度的限脉冲多普勒方法对探测深度和速度的限制制 n脉冲重复频率脉冲重复频率FPRFPR一般为几一般为几kHzkHz，最大取，最大取样深度样深度D Dmaxmax是由脉冲重复频率来决定的。是由脉冲重复频率来决定的。n两者关系为：两者关系为： FPRcD2/maxn在常规脉冲多普勒系统中，能检测的最高在常规脉冲多普勒系统中，能检测的最高运动速度运动速度V Vmaxmax与最大探测距离与最大探测距离maxmax的乘积是的乘积是一个常数：一个常数： 8/2/2/2/maxmaxcFPRcFPRD

36、VD D型超声成像诊断仪型超声成像诊断仪3 3、实时二维彩色、实时二维彩色 n将脉冲多普勒技术与二维（将脉冲多普勒技术与二维（ B B 型）实时型）实时超声成像和超声成像和M M型超声心动图结合起来，在型超声心动图结合起来，在直观的二维断面实时影像上；直观的二维断面实时影像上；n同时显现血流方向和相对速度，提供心同时显现血流方向和相对速度，提供心血管系统在时间和空间上的信息。血管系统在时间和空间上的信息。 n彩色多普勒血流成像仪彩色多普勒血流成像仪q脉冲多普勒探测的只是一维声束上超脉冲多普勒探测的只是一维声束上超声多普勒血流信息。声多普勒血流信息。q目前更为实用而技术上更为复杂先进目前更为实用

37、而技术上更为复杂先进的系统是彩色多普勒成像仪器，由于的系统是彩色多普勒成像仪器，由于其对于血流方面的多种状态具有强大其对于血流方面的多种状态具有强大的显示能力。的显示能力。n彩色多普勒超声血流图（彩色多普勒超声血流图（CDFCDF）又称彩色）又称彩色多普勒超声显像（多普勒超声显像（CDICDI），它获得的回声），它获得的回声信息来源和频谱多普勒一致，血流的分信息来源和频谱多普勒一致，血流的分布和方向呈二维显示，不同的速度以不布和方向呈二维显示，不同的速度以不同的颜色加以别。同的颜色加以别。n双功多普勒超声系统，即是双功多普勒超声系统，即是B B型超声图像型超声图像显示血管的位置。多普勒测量血流

38、，这显示血管的位置。多普勒测量血流，这种型和多普勒系统的结合能更精确地种型和多普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。定位任一特定的血管。n彩色多普勒血流成像仪彩色多普勒血流成像仪1 1血流方向血流方向 q在频谱多普勒显示中，以零基线区分血在频谱多普勒显示中，以零基线区分血流方向。在零基线上方者示血流流向探流方向。在零基线上方者示血流流向探头，零基线以下者示血流离开探头。头，零基线以下者示血流离开探头。q在在CDICDI中，以彩色编码表示血流方问，中，以彩色编码表示血流方问，红色或黄色色谱表示血流流向探头（热红色或黄色色谱表示血流流向探头（热色）；而以蓝色或蓝绿色色谱表示血流色）；而以蓝色

39、或蓝绿色色谱表示血流流离探头（冷色）。流离探头（冷色）。 n彩色多普勒血流成像仪彩色多普勒血流成像仪2 2血管分布血管分布qCDICDI显示血管管腔内的血流，因而属于流显示血管管腔内的血流，因而属于流道型显示，它不能显示血管壁及外膜。道型显示，它不能显示血管壁及外膜。3 3鉴别癌结节的血管种类鉴别癌结节的血管种类 q用用CDICDI可对肝癌结节的血管进行分类。区可对肝癌结节的血管进行分类。区分其为结节周围绕血管、给节内缘弧形血分其为结节周围绕血管、给节内缘弧形血管。结节的流人血管、结节内部血管及结管。结节的流人血管、结节内部血管及结节流出血管等。节流出血管等。n脉冲超声多普勒血流仪脉冲超声多普

40、勒血流仪的采样距离、采样的采样距离、采样体积都可以调节，所以可以得到某一深度体积都可以调节，所以可以得到某一深度某一范围内的血流信息，既能显示被测血某一范围内的血流信息，既能显示被测血流的深度，又能产生血管腔的横断面像和流的深度，又能产生血管腔的横断面像和纵断面像。纵断面像。n显示方式有波形显示和动态声谱图显示。显示方式有波形显示和动态声谱图显示。波形显示有正向血流、反向血流和正反向波形显示有正向血流、反向血流和正反向血流，幅度代表速度大小，水平方向代表血流，幅度代表速度大小，水平方向代表时间。还可监听多普勒血流声，声调高表时间。还可监听多普勒血流声，声调高表示血流速度快，声调低表示血流速度慢

41、。示血流速度快，声调低表示血流速度慢。 n由于脉冲超声多普勒血流仪可以得到不同深度由于脉冲超声多普勒血流仪可以得到不同深度的信息，因而可得到血流速度在血管（或心脏）的信息，因而可得到血流速度在血管（或心脏）内的分布；内的分布；n临床上可诊断血管斑块是否形成，血管是否阻临床上可诊断血管斑块是否形成，血管是否阻断，并可制成多普勒成像仪，可显示血管（或断，并可制成多普勒成像仪，可显示血管（或心脏）的二维截面像，并以伪彩色代表血流的心脏）的二维截面像，并以伪彩色代表血流的大小和方向。大小和方向。 n多功能超声诊断仪多功能超声诊断仪一般具有一般具有B B型、型、M M型及多普型及多普勒三种功能，它以勒三

42、种功能，它以B B型图像进行定位，可以型图像进行定位，可以精确测得心脏内某一位置的血流频谱图，对精确测得心脏内某一位置的血流频谱图，对诊断心脏疾病有重大意义。诊断心脏疾病有重大意义。n血流彩色显示超声波诊断装置，不仅能显示血流彩色显示超声波诊断装置，不仅能显示血流频谱图，血流频谱图，还能以伪彩色（红色代表正向还能以伪彩色（红色代表正向血流，蓝色代表反向血流）血流，蓝色代表反向血流）显示的二维彩色显示的二维彩色血流图像，迭加在黑白的血流图像，迭加在黑白的B B型图像上，简称型图像上，简称为为“彩超彩超”，大大提高了临床诊断的水平。，大大提高了临床诊断的水平。n探测距离的选通q获得人体内部所需探测

43、目标的回声信息，就必须采用距离（或深度）选通接收门控制器。q在人体软组织中，超声的传播速度差别不大，可以将平均声速视为常数（c=1540m/s），故从发射出脉冲信号的前沿为起始时刻(t0)计起，至返回信号的脉冲到达时间(t1)的长短与运动器官距离换能器的深度成正比。q只要调节“距离选通门”的启闭时间，就能控制探测距离和沿着这一距离方向上的一段长度（又称作“容积”），这样就可以只接收感兴趣目标的回声信号，滤除前后的无关信号。n彩色多普勒血流仪彩色多普勒血流仪q脉冲多普勒探测的只是一维声束上超声多脉冲多普勒探测的只是一维声束上超声多普勒血流信息，它的频谱显示表示流过取普勒血流信息，它的频谱显示表示

44、流过取样容积的血流速度变化。脉冲多普勒技术样容积的血流速度变化。脉冲多普勒技术也被称为一维多普勒。也被称为一维多普勒。q一维多普勒在测定某一位置的血流是很方一维多普勒在测定某一位置的血流是很方便的，如果要了解瓣口血流流动的详细分便的，如果要了解瓣口血流流动的详细分布，一维多普勒就很困难，只能一个点一布，一维多普勒就很困难，只能一个点一个点地测，把每一个点的血流速度记录下个点地测，把每一个点的血流速度记录下来，最后得到一个大致的血流轮廓。来，最后得到一个大致的血流轮廓。 q彩色多普勒成像，对于血流方面的多种状彩色多普勒成像，对于血流方面的多种状态具有强大的显示能力，如：态具有强大的显示能力，如：

45、同时显示心脏某一断面上的异常血流的分同时显示心脏某一断面上的异常血流的分布情况；布情况；反映血流的途径及方向；反映血流的途径及方向；明确血流性质是层流、湍流或涡流；明确血流性质是层流、湍流或涡流；可以测量血流束的面积、轮廓、长度、宽可以测量血流束的面积、轮廓、长度、宽度；度；血流信息能显示在二维切面像或血流信息能显示在二维切面像或M M型图上，型图上，更直观地反映结构异常与血流动力学异常更直观地反映结构异常与血流动力学异常的关系等。的关系等。1.1.工作原理工作原理1.1.工作原理工作原理在一维多普勒诊断仪（连续波在一维多普勒诊断仪（连续波CWCW和脉冲波和脉冲波PWPW）中，是将回声频率与原

46、始振荡频率比较出频移中，是将回声频率与原始振荡频率比较出频移量量ff，然后通过多普勒方程式换算出血流方向，然后通过多普勒方程式换算出血流方向和速度。和速度。 而在自相关处理中，用探测时间差异来解决这而在自相关处理中，用探测时间差异来解决这个问题：脉冲发射过程中，前后两个相邻脉冲之个问题：脉冲发射过程中，前后两个相邻脉冲之间的时间差间的时间差tt，包含了探测目标的运动方向与，包含了探测目标的运动方向与速度等变量因素，最后反映在回波脉冲波形的相速度等变量因素，最后反映在回波脉冲波形的相位差异上，位差异上，由此通过脉冲自身相位差的关系解得由此通过脉冲自身相位差的关系解得血流方向和速度的方法称作自相关

47、处理技术。血流方向和速度的方法称作自相关处理技术。 q2.2.血流运动状态的彩色显示方法血流运动状态的彩色显示方法q通过数字电路和计算机处理，将血流的某种通过数字电路和计算机处理，将血流的某种信息参数处理成国际照明委员会规定的彩色信息参数处理成国际照明委员会规定的彩色图。规定血流的方向用红和蓝表示，图。规定血流的方向用红和蓝表示，朝向探朝向探头的运动血流用红色头的运动血流用红色，远离探头运动的血流远离探头运动的血流颜色用蓝色颜色用蓝色，而湍动血流用绿色而湍动血流用绿色。3.3.临床应用效果评析临床应用效果评析q彩色多普勒与彩色多普勒与B B型超声型超声n彩色多普勒血流仪通过对散射回的多彩色多普

48、勒血流仪通过对散射回的多普勒信息作普勒信息作相位检测相位检测并经并经自相关处理、自相关处理、彩色灰阶编码，彩色灰阶编码，把平均血流速度信息把平均血流速度信息以色彩显示，以色彩显示，并并组合到组合到B B型灰阶影像上型灰阶影像上。n不仅可以加快过去不仅可以加快过去B B型对心脏疾病检查型对心脏疾病检查的速度，而且可以直接采集到心内血的速度，而且可以直接采集到心内血流速度、轮廓的信息。流速度、轮廓的信息。 n声波在介质中传播时会因声源与接收器声波在介质中传播时会因声源与接收器之间的相对运动而使声速发生相对于接之间的相对运动而使声速发生相对于接收器的变化，从而使接收频率产生移动。收器的变化，从而使接

49、收频率产生移动。这种现象称作多普勒频移效应，这种现象称作多普勒频移效应，f=ff=fv/cv/cn如果声源与接收为一体，而被探测目标如果声源与接收为一体，而被探测目标在移动，则在移动，则ff=2f=2fcoscosv/cv/c。nD D型超声诊断仪分为连续波式、脉冲波式以及建型超声诊断仪分为连续波式、脉冲波式以及建立在脉冲波基础上的彩色超声多普勒血流成像立在脉冲波基础上的彩色超声多普勒血流成像仪，其中脉冲式仪，其中脉冲式D D型诊断仪和彩超在临床应用较型诊断仪和彩超在临床应用较为广泛，两者均是采用间歇式发射脉冲波来探为广泛，两者均是采用间歇式发射脉冲波来探测血流或运动器官状态的。测血流或运动器

50、官状态的。n但前者属于一维成像，而彩超是通过自相关处但前者属于一维成像，而彩超是通过自相关处理获得血流方向和速度等变量参数，在理获得血流方向和速度等变量参数，在B B型黑白型黑白影像上迭加血流信息，而显示出二维实时动态影像上迭加血流信息，而显示出二维实时动态影像的，用红色表示血流朝向探头运动，蓝色影像的，用红色表示血流朝向探头运动，蓝色表示背向运动。实用中应尽可能减小表示背向运动。实用中应尽可能减小角过大角过大带来的影响。带来的影响。n多普勒超声成像多普勒超声成像q多普勒效应解释多普勒效应解释q频移量公式频移量公式q脉冲式多普勒探测距离的选通脉冲式多普勒探测距离的选通距离选通门距离选通门q彩超